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Schaltung zur Begrenzung der Amplitude einer Wechselspannung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltung zur Begrenzung der Amplitude einer Wechselspannung
mit zwei vorzugsweise in Basisschaltung betriebenen, als Eingang und Ausgang des
Begrenzers dienenden Transistorstufen, von denen die als Eingang ausgebildete Transistorstufe
auf einem Spannungsbegrenzer arbeitet.
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Derartige Schaltungen werden beispielsweise dazu benötigt, um die
Amplitude einer frequenzmodulierten Schwingung konstant zu halten. Vor allem bei
der Verwendung zur Amplitudenbegrenzung von phasen-oder frequenzmodulierten Schwingungen
ist dabei die Forderung gegeben, daß der Begrenzer in einem weiten Bereich der Modulationsfrequenz,
beispielsweise von 0 bis 10 MHz, gleichmäßig gut arbeiten soll. Es sind hierzu Schaltungen
mit Richtleitern bekannt, die entweder mit Vorspannung als Spannungsbegrenzer oder
mit entsprechend gewähltem Vorstrom als Strombegrenzer dienen. Diese Begrenzer haben
den Nachteil einer nicht unterschreitbaren Mindestzeitkonstante, soweit sie Transistorschaltungen
betreffen bzw. hierfür anwendbar sein sollen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Amphtudenbegrenzung
gerade für den Fall zu schaffen, daß der Eingang und der Ausgang des Begrenzers
durch je eine Transistorstufe gebildet werden, unter Vermeidung der vorstehend erläuterten
Schwierigkeiten.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß an
den Spannungsbegrenzer transformatorisch ein die als Ausgang dienende Transistorstufe
speisender,- an sich bekannter Strombegrenzer derart stark untersetzt angekoppelt
ist, daß der Spannungsbegrenzer auf einen hochohmigen Ausgangswiderstand arbeitet
und der Strombegrenzer aus einem niederohmigen Quellwiderstand gespeist wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die transformatorische Ankopplung
durch einen Parallelresonanzkreis, und zwar derart bewirkt; daß an einen der Untersetzung
entsprechenden Abgriff dieses Parallelresonanzkreises der Strombegrenzer angeschaltet
ist, der vorzugsweise in an sich bekannter Weise aus zwei in Reihe liegenden und
mit Vorstrom betriebenen Richtleitern besteht.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Spannungsbegrenzer zumindest einen
Richtleiter mit innerer Vorspannung, wie eine Siliziumdiode, enthält, unter Fortlassung
aller sonstigen Vorspannungsquellen im Spannungsbegrenzer.
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Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß wenigstens der
in Übertragungsrichtung letzte Richtleiter des Spannungsbegrenzers ein Richtleiter
mit innerer Vorspannung, wie eine Siliziumdiode, ist, der über einen der Einstellung
der Begrenzungskennlinie dienenden Widerstand mit dem anderen Richtleiter des Spannungsbegrenzers
auch gleichstrommäßig verbunden ist.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt einen Amplitudenbegrenzer, dessen Eingang durch einen
in Basisschaltung betriebenen Transistor T 1 und dessen Ausgang durch einen
in der gleichen Schaltung betriebenen Transistor T2 gebildet wird. An den Kollektor
des Transistors T 1 ist ein Spannungsbegrenzer, bestehend aus den beiden Richtleitern
RL1 und RL2, parallel zu dem Parallelresonanzkreis, bestehend aus der Induktivität
L 1 und der Kapazität C 1, geschaltet. Widerstandsmäßig stark untersetzt, und zwar
mittels einer Kopplungsspule Sp, ist ein Strombegrenzer an den Spannungsbegrenzer
angeschaltet. Der Strombegrenzer besteht aus den beiden in den Längszweig des Übertragungsweges
gegenpolig eingeschalteten Richtleitern RL 3 und RL 4, von denen der Richtleiter
RL 4 auf den Eingang des in Basisschaltung betriebenen Transistors A 2 arbeitet.
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Von den Richtleitern RL 1, RL 2 ist zumindest der Richtleiter RL 2
ein solcher mit innerer Vorspannung, wie ein Siliziumrichtleiter. In diesem Fall
ist auch die gleichstrommäßige Abschaltung der Spule L 1 über den Kondensator erforderlich,
der bei Verwendung von zwei gleichartigen Richtleitern jedoch vorteilhaft entfällt.
Derartige Richtleiter haben die Eigenschaft, daß sie im Gegensatz zu dem üblichen
Germaniumgleichrichter bei Betrieb in der Flußrichtung erst bei einer bestimmten,
an der Diode anliegenden Spannung einen Stromfluß zulassen, der dann mit
relativ
großer Steilheit beginnt. Diese Spannungsquelle ist durch die Dotierung des Halbleitermaterials
und die Auswahl des Halbleitermaterials nach Art des Grundstoffes, wie Silizium,
innerhalb gewisser Grenzen veränderbar. Beispielsweise beträgt für einen üblichen
Siliziumgleichrichter dieser Schwellwert für die anzulegende Spannung etwa 0,5 Volt.
Der Richtleiter hat also eine innere Verspannung und kann deshalb ohne zusätzliche
Spannungsquelle -in dem Spannungsbegrenzer verwendet werden.
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Der Strombegrenzer wird beim Ausführungsbeispiel mit einem Verstrom
i. betrieben, der durch den Vorwiderstand R 3 und die damit erzwungene Einströmung
bestimmt wird.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Schaltung kann man sich wie folgt
erklären: Der Ausgangswiderstand bzw. Quellwiderstand Ri zwischen dem Kollektor
und der Basis des Transistors T 1 ist relativ hochohmig. Dieser Widerstand erfüllt
daher sehr gut die für einen Spannungsbegrenzer zu stellende Forderung nach einem
hochohmigen Quellwiderstand. Durch die Untersetzung mittels der Spule Sp wird der
ebenfalls als hochohmig zu fordernde Ausgangswiderstand R 1 des Spannungsbegrenzers
auf den für einen Strombegrenzer zu fordernden niederohmigen Quellwiderstand R 2
transformiert. Dieser Strombegrenzer arbeitet auf den niederohmigen, zwischen dem
Emitter und der Basis auftretenden Eingangswiderstand des Transistors T2, womit
für den Strombegrenzer auch die Forderung nach einem niederohmigen Lastwiderstand
sehr gut erfüllt ist.
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Ein Beispiel einer ausgeführten Schaltung ist in der Fig. 2 wiedergegeben.
über den Widerstand R 4 erhält der Kollektor des Transistors T1 die für den Betrieb
erforderliche Spannung gegenüber der Basis; beispielsweise hat dieser Widerstand
einen Wert von 2 kS2. Der Spannungsbegrenzer ist über eine Kapazität C 4 an den
Kollektor des Transistors T 1 angeschaltet und liegt einseitig auf dem Potential
der Basis, das zugleich das Messepotential ist. Der Strombegrenzer ist galvanisch
an eine Anzapfung der Induktivität L 1 angeschaltet und erhält seinen Verstrom io,
über die beiden Widerstände R 3 bzw. R 3', wobei zum Ausgleich der Richtleitertoleranzen
eine gleichstrommäßige Auftrennung mittels der Kapazität C 1 vorgesehen ist. über
eine Drossel L 2 und eine Ankopplungskapazität C 3 ist der Transistor T 2 an den
Ausgang des Strombegrenzers angeschaltet, wobei der Widerstand R 5 zur Einstellung
der Ernitterspannung dieser Stufe im Vergleich zur Basis des Transistors dient.
Die Widerstände R 3 und R 3' können beispielsweise einen Wert von 5 kS2 haben und
die Kapazität C 1 einen Wert von 100 pF. Das Widerstandsübersetzungsverhältnis ü2
wird zweckmäßig etwa zwischen 3 und 5 gewählt, entsprechend den Widerstandsverhältnissen
üblicher Transistoren. Die Richtleiter RL 1 und RL 2 sind Siliziumdioden, während
die Richtleiter RL 3 und RL 4 Germaniumdioden ohne innere Verspannung sein können.
Die Basisschaltung hat bei der erfindungsgemäßen Schaltung den zusätzlichen Vorteil,
daß sie vor allem für ein sehr breites Frequenzband arbeitet, wenngleich mit niedrigerem
Verstärkungsfaktor als die Emitterschaltung, die in keinem so großen Frequenzbereich
eingesetzt werden kann, jedoch eine höhere Verstärkung liefert. Die erfindungsgemäße
Schaltung ist auch bei der Emitterschaltung - wenn geringere Bandbreiteforderungen
gestellt sind, als an sich mit Basisschaltung erreichbar wäre - brauchbar, weil
auch dann die Widerstandsverhältnisse etwa gleichartig liegen.